JP2007025537A

JP2007025537A - 液晶表示パネル

Info

Publication number: JP2007025537A
Application number: JP2005211121A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Kudo; 幸博工藤; Takeshi Ohashi; 剛大橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2007-02-01
Also published as: US20070019149A1

Abstract

【課題】本発明は、ビーズスペーサを用いた横電界駆動型の液晶表示パネルにおいて、ビーズスペーサ周辺の液晶に異常配向が発生せず、光漏れを抑止し、且つ常に良好な表示品位を維持することができる液晶表示パネルを提供する。
【解決手段】本発明は、電極基板１と、対向基板２と、電極基板１と対向基板２とで挟持する液晶と、対向基板２の遮光膜上に分散して設けられた多数の凸部４と、電極基板１と凸部４とで挟持され、電極基板１と対向基板２との間隙を形成する多数のビーズスペーサ５とを備え、画素電極に電圧を印加することで電極基板１面に対して略平行に電界を生じさせ、当該電界に基づいて液晶を電極基板１面の面内方向に応答させる液晶表示パネルであって、ビーズスペーサ５は、少なくとも電極基板１又は凸部４に固着するように、表面に固着性の処理が施されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示パネルに係る発明であって、特に、横電界駆動型の液晶表示パネルに関するものである。

従来の液晶表示パネルでは、視野角を改善するために横電界駆動型（ＩＰＳ：In-Plane Switching）が開発された。この横電界駆動型は、画素電極に電圧を印加することで基板面に対して略平行に電界を生じさせ、当該電界に基づいて液晶を基板面の面内方向に応答させる駆動型である。

そして、横電界駆動型の液晶表示パネルの品位を左右する要因の１つに、セルギャップ（基板間の間隙）があり、このセルギャップを面内で一定に保つために、液晶表示パネルではスペーサが設けられている。スペーサには、ビーズスペーサと呼ばれる球状のスペーサと、ポストスペーサと呼ばれる柱状のスペーサとの２種類があり、横電界駆動型の液晶表示パネルでは、ポストスペーサが主に用いられている。

この理由として、横電界駆動型の液晶表示パネルにビーズスペーサを用いると、ビーズスペーサ周辺の液晶が異常配向となり、当該部分から光漏れが生じるが、ポストスペーサを用いると、上記の問題が生じない点にある。また、ポストスペーサを用いた場合、所定の位置に、必要な数量と高さで形成することが可能となるので、ビーズスペーサを用いた場合に比べ、より高品位の液晶表示パネルを実現することが可能となる。しかし、ポストスペーサを用いる場合、一方の基板上にポストスペーサを形成する必要があるため工程の追加が必要となり、製造コストが上昇する問題があった。

そこで、従来、スペーサにビーズスペーサを用いて、且つビーズスペーサ周辺の光漏れを抑えることが可能な横電界駆動型の液晶表示パネルが特許文献１に開示されている。

特開平１１−１４２８６３号公報

特許文献１では、一方の基板に、遮光膜と赤，緑，青の色層とを配置し、それらの最上層に配向膜を設けている。そして、特許文献１では、画素部でのセルギャップがビーズスペーサ径より大きく、且つ遮光膜上でのセルギャップがビーズスペーサ径より小さくなるように遮光膜及び色層を形成している。そのため、画素電極等を形成した他方の基板と一方の基板とを貼り合わせることにより、ビーズスペーサが遮光膜上で押圧保持される。つまり、遮光膜と色層とが共に形成された部分が一方の基板の凸部となり、この凸部でビーズスペーサを保持するため、画素部のビーズスペーサは保持されない。そのため、保持されないビーズスペーサ周辺の液晶には異常配向が発生せず、光漏れを抑止することができる。

しかし、特許文献１では、凸部と他方の基板との間の押圧のみで保持されているので、基板に外力が加わり、基板に撓みが生じると、ビーズスペーサを凸部と他方の基板との間で保持できなくなる。つまり、凸部と他方の基板との間でビーズスペーサを保持できる部分と、保持できずビーズスペーサが自由に動き回る部分とが生じ、面内のセルギャップを均一に保つことができずバラツキが生じることになる。そのため、特許文献１であっても、基板に外力が加わる等の条件によっては、良好な表示品位を維持することができない問題があった。

そこで、本発明は、ビーズスペーサを用いた横電界駆動型の液晶表示パネルにおいて、ビーズスペーサ周辺の液晶に異常配向が発生せず、光漏れを抑止し、且つ常に良好な表示品位を維持することができる液晶表示パネルを提供することを目的とする。

本発明に係る解決手段は、所定のパターンで画素電極及び配線が形成される第１基板と、第１基板と対向し、所定のパターンで遮光膜が形成される第２基板と、第１基板と第２基板とで挟持する液晶と、第２基板の遮光膜上に分散して設けられた多数の凸部と、第１基板と第２基板の凸部とで挟持され、第１基板と第２基板との間隙を形成する多数のビーズスペーサとを備え、画素電極に電圧を印加することで第１基板面に対して略平行に電界を生じさせ、当該電界に基づいて液晶を第１基板面の面内方向に応答させる液晶表示パネルであって、ビーズスペーサは、少なくとも第１基板又は第２基板の凸部に固着するように、表面に固着性の処理が施されている。

本発明に記載の液晶表示パネルは、ビーズスペーサは、少なくとも第１基板又は第２基板の凸部に固着するように、表面に熱固着性の処理が施されているので、ビーズスペーサ周辺の液晶に異常配向が発生せず、光漏れを抑止し、且つ常に良好な表示品位を維持することができる。

（本実施の形態）
以下、本発明に係る横電界駆動型の液晶表示パネルについて、図１を用いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る液晶表示パネル断面図である。

電極基板１について、図１ではその構成を詳細に図示していないが、まず、ガラス基板等の絶縁基板に、金属膜等を成膜しパターニングすることでゲート電極及びコモン電極を形成している。そして、ゲート電極及びコモン電極のパターン上に層間絶縁膜を形成する。さらに、層間絶縁膜上には半導体膜を形成する。また、半導体膜形成後、金属膜をスパッタ法等で堆積させソース電極やドレイン電極を形成する。これらの工程により、電極基板１には、画素電極や配線、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等が形成される。さらに、電極基板１には、最上層に配向膜２が形成される。なお、横電界駆動型の場合、電極基板１には例えばくし歯型の電極が形成され、電極基板１に対して略平行に電界を生じさせている。

一方、対向基板３についても、図１ではその構成を詳細に図示していないが、まず、ガラス基板等の絶縁基板に遮光膜を形成している。この遮光膜は、電極基板１の配線及び画素電極パターン周辺に相対する位置に形成している。遮光膜形成後、遮光膜と、電極基板１の画素電極パターンに相対する位置とにかかるように色層が設けられている。なお、色層は、赤，緑，青の三色で構成されている。さらに、色層が設けられた遮光膜上に凸部４を形成する。凸部４の材質には、金属やレジスト、樹脂などいずれを用いてもよいが、後述するビーズスペーサ５の材質よりも硬度が高いものを使用する。

そして、本実施の形態に係る液晶表示パネルでは、凸部４が形成される面積が、表示面積に対して７％以上占め、且つ凸部４が対向基板３上に分散して（例えば均等に）形成されている。なお、表示面積とは、液晶表示パネルにおいて画像が表示できる有効面積である。

対向基板３には、色層上にオーバーコート膜（図示せず）を形成し、さらにその上に配向膜２を形成している。なお、配向膜２には、ポリイミド膜が用いられている。そして、電極基板１及び対向基板３に設けた配向膜２は、焼成後ラビング布にてラビングを行う。これにより、電極基板１と対向基板３とで挟持される液晶が、一定の方向に配向される。

次に、対向基板３の周縁部にシール材を塗布し、電極基板１にビーズスペーサ５を散布する。なお、シール材には、ＵＶ（紫外線）硬化型、又は熱硬化型の材料が用いられる。また、ビーズスペーサ５には、ジビニルベンゼン系の元玉に配向制御と熱固着性の処理が表面に施されているものを使用する。具体的な製品例として、積水化学社製の表面処理スペーサ（ＳＰタイプの表面処理）やナトコ社製のナトコスペーサなどがある。ビーズスペーサ５の表面に配向制御の処理を施すことにより、ビーズスペーサ５周辺での液晶配向の乱れを低減することができる。

なお、熱固着性の処理は、ビーズスペーサ５の表面コーティングであり、熱を加えることで接する基板等と固着する性質を有するものである。なお、本実施の形態に係る液晶表示パネルでは、熱固着性の処理としたが、本発明はこれに限られず、接する基板等と固着する性質を有するものであれば、他の方法の固着処理でも良い。

次に、電極基板１と対向基板３とは、図１に示すように貼り合わせセルを形成する。図１では図示していないが、電極基板１と対向基板３とは、シール材により貼り合わされている。そして、セルの一部には注入口が設けられ、当該注入口から液晶が注入される。液晶注入後、注入口はＵＶ硬化樹脂等の封止材で封止される。なお、図１には、注入口や封止材は図示されていない。

本実施の形態に係る液晶表示パネルは、さらに、電極基板１及び対向基板３のそれぞれに偏光板６を貼り付けることで完成する。

次に、本実施の形態に係る液晶表示パネルの電極基板１と対向基板３との間隙、つまりセルギャップについて説明する。本実施の形態では、図１に示すようにセルを形成の際、凸部４と重なったビーズスペーサ５がセルギャップを形成し、凸部４と重ならないビーズスペーサ５は対向基板３との間に０．１μｍ以上のギャップｄが形成される。つまり、電極基板１と凸部４とで挟持されていないビーズスペーサ５の径と、電極基板１と対向基板３との間隙との差が０．１μｍ以上である。

また、セルを形成の際、ビーズスペーサ５に熱を加え凸部４及び電極基板１に固着させる。加熱する温度は１２０℃以上とする。これにより、本実施の形態に係る液晶表示パネルは、外力が加わってパネルが撓んでもビーズスペーサ５が移動することはない。なお、ビーズスペーサ５は、電極基板１と凸部４との両方に固着されている必要はなく、外力が加わっても移動しないのであれば、いずれか一方と固着するだけでもよい。

また、本実施の形態では、凸部４の高さを０．２μｍ、ビーズスペーサ５の経を４０μｍとし、散布密度を３５０個／ｍｍ²から６００個／ｍｍ²まで変化させた場合のギャップｄを調べている。

図２に、ビーズスペーサ５の散布密度とギャップｄとの関係を示す。なお、図２では、横軸を散布密度、縦軸をギャップｄとし、凸部４が形成される面積が表示画面に対し７％占有する場合（占有率７％）と、凸部４が形成される面積が表示画面に対し１１％占有する場合（占有率１１％）について記載している。図２の結果から、占有率７％以上であれば、ビーズスペーサ５の散布密度が３５０個／ｍｍ²の場合であっても、製造マージンを考慮して十分な、ギャップｄ＝０．１μｍ以上を確保することができることが分かる。なお、凸部４が遮光膜上に形成するとすれば、遮光膜が表示画面に対し占有する割合が凸部４の占有率の上限となる。

本実施の形態では、液晶表示パネルに数十回タッピングにて衝撃を与えても、ビーズスペーサ周辺に光漏れは観察することができなかった。これは、挟持されていないビーズスペーサ５上のギャップｄを０．１μｍ以上にし、当該ビーズスペーサ５と対向基板３との間に十分な液晶層を形成できるようにすることで、光漏れが見えなくなったと考えられる。

また、液晶表示パネルに外力を加えパネルが撓んでも、ビーズスペーサ５が動かないので、セルギャップを均一に保つことができる。

以上のように、本実施の形態に係る液晶表示パネルは、横電界駆動型の液晶表示パネルに好適であり、配向制御と熱固着性を表面に施したビーズスペーサ５を使用し、挟持されていないビーズスペーサ５と対向基板３との間を０．１μｍ以上確保することでビーズスペーサ周辺の光漏れを抑止することができ、より高品位の広視野角画面を得ることができる。なお、ギャップｄを０．１μｍ以上確保することは、以下の実験により導かれている。

従来の液晶表示パネルでは、表示エリアの周辺部でのセルギャップと中心部でのセルギャップは、シール内スペーサを調整して表示エリア全体のギャップが同じになるようにする。しかし、シール内スペーサを調整値より更に大きな径を使用することにより表示エリアの周辺部でのセルギャップと中心部でのセルギャップとに差を生じさせることが可能である。つまり、シール内スペーサ径を大きくすることで表示エリアの周辺部でのセルギャップを広くすることができ、面内スペーサ（ビーズスペーサ５）と対向基板の画素部との間に隙間（ギャップｄ）を生じさせることが可能となる。このことを利用して、表示エリアの周辺部から中心部方向に光漏れを観察し、光漏れに位置と当該位置でのセルギャップ値を調査した。調査した結果を図３に示す。図３では、面内スペーサ（ビーズスペーサ５）径を３．１μｍとして、散布密度を３４０個／ｍｍ²と４３０個／ｍｍ²とした２種類のセルについて調査している。図３の調査結果からも分かるように、セルギャップと面内スペーサ径との差（ギャップｄ）が０．１μｍ以上の場所からは光漏れは観測できなかった。

なお、本実施の形態に係る液晶表示パネルでは、図１に示すように、対向基板３の遮光膜上に凸部４を設ける構成であるが、本発明はこれに限られず、電極基板１の配線上に凸部４を設ける構成であってもよい。当該構成であっても、ビーズスペーサ周辺の液晶に異常配向が発生せず、光漏れを抑止し、且つ常に良好な表示品位を維持することができる。

本発明の実施の形態に係る液晶表示パネルの断面図である。本発明の実施の形態に係る液晶表示パネルにおけるビーズスペーサの散布密度とギャップｄとの関係を示す図である。本発明の実施の形態に係る液晶表示パネルにおけるギャップｄを説明するための図である。

符号の説明

１電極基板、２配向膜、３対向基板、４凸部、５ビーズスペーサ、６偏光板。

Claims

所定のパターンで画素電極及び配線が形成される第１基板と、
前記第１基板と対向し、所定のパターンで遮光膜が形成される第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板とで挟持する液晶と、
前記第２基板の前記遮光膜上に分散して設けられた多数の凸部と、
前記第１基板と前記第２基板の前記凸部とで挟持され、前記第１基板と前記第２基板との間隙を形成する多数のビーズスペーサとを備え、前記画素電極に電圧を印加することで前記第１基板面に対して略平行に電界を生じさせ、当該前記電界に基づいて前記液晶を前記第１基板面の面内方向に応答させる液晶表示パネルであって、
前記ビーズスペーサは、少なくとも前記第１基板又は前記第２基板の前記凸部に固着するように、表面に固着性の処理が施されていることを特徴とする液晶表示パネル。
所定のパターンで画素電極及び配線が形成される第１基板と、
前記第１基板と対向し、所定のパターンで遮光膜が形成される第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板とで挟持する液晶と、
前記第１基板の前記配線上に分散して設けられた多数の凸部と、
前記第１基板の前記凸部と前記第２基板とで挟持され、前記第１基板と前記第２基板との間隙を形成する多数のビーズスペーサとを備え、前記画素電極に電圧を印加することで前記第１基板面に対して略平行に電界を生じさせ、当該前記電界に基づいて前記液晶を前記第１基板面の面内方向に応答させる液晶表示パネルであって、
前記ビーズスペーサは、少なくとも前記第１基板の前記凸部又は前記第２基板に固着するように、表面に固着性の処理が施されていることを特徴とする液晶表示パネル。
請求項１又は請求項２に記載の液晶表示パネルであって、
前記ビーズスペーサは、表面に配向制御の処理がさらに施されていることを特徴とする液晶表示パネル。
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の液晶表示パネルであって、
前記凸部が形成される面積は、前記液晶表示パネルにおいて画像が表示できる表示面積に対して７％以上であることを特徴とする液晶表示パネル。
請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の液晶表示パネルであって、
挟持されない前記ビーズスペーサの径と、前記第１基板と前記第２基板との間隙との差が０．１μｍ以上であることを特徴とする液晶表示パネル。